專利名稱：多階段比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ADC的比較器的改進(jìn)。以下描述使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制作和使用如在特別應(yīng)用及其要求的上下文里提供的本發(fā)明。對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的各種修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的，并且在此定義的一般原理可以適用于其它實(shí)施例。所以，本發(fā)明不是意在受限于在此所示和所述的特別實(shí)施例，而是屬于與在此披露的原理和新穎特征一致的最廣范圍內(nèi)。 圖4是ADC里一個(gè)比較器階段的示意圖。雖然現(xiàn)有技術(shù)的圖3串聯(lián)放置電容器在輸入￥頂+和運(yùn)算放大器之間，本發(fā)明人提供了一個(gè)到運(yùn)算放大器輸入的直接路徑，并放置電容器360穿過(guò)雙輸入差分放大器370的第二對(duì)輸入。 雖然一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器有一對(duì)差分輸入，但雙輸入差分放大器370有兩對(duì)差分輸入。輸入電壓VIN+經(jīng)過(guò)開關(guān)362到雙輸入差分放大器370的基本非反相(+)輸入，而輸入電壓VIN-經(jīng)過(guò)開關(guān)364到雙輸入差分放大器370的基本反相(-)輸入。開關(guān)362、364在相位小2期間閉合以連接輸入VIN+、VIN-到雙輸入差分放大器370，但在小1期間斷開，這時(shí)開關(guān)366閉合以使雙輸入差分放大器370的基本差分輸入相等，開關(guān)368閉合以將這些基本輸入接地。 偏移電容器360連接穿過(guò)次級(jí)差分輸入到雙輸入差分放大器370。反饋開關(guān)356、358在小1期間閉合以連接階段輸出V0UT+、V0UT-到偏移電容器360的端口和到雙輸入差分放大器370的次級(jí)輸入。在階段上的任何偏移在小l期間都被反饋回并被存儲(chǔ)在偏移電容器360上。 在ADC里，可能有一些如圖4所示的階段，其被級(jí)聯(lián)在一起。每個(gè)階段的VIN+、VIN-可以由來(lái)自前一個(gè)階段的V0UT+、V0UT-驅(qū)動(dòng)。第一階段可以有VIN+連接到ADC輸入
9模擬電壓，而VIN-連接到

圖1DAC300的VA。最后一個(gè)階段可驅(qū)動(dòng)一個(gè)鎖存器，其驅(qū)動(dòng)一個(gè)比較信號(hào)回到SAR 302。 在自動(dòng)調(diào)零步驟，小l是激活的，而小2不是激活的。輸入開關(guān)362、364斷開，隔離了雙輸入差分放大器370和階段輸入VIN+、VIN-。開關(guān)366、36S閉合，將到雙輸入差分放大器370的兩個(gè)基本差分輸入接地。反饋開關(guān)356、358閉合，連接階段輸出VOUT+、 VOUT-到雙輸入差分放大器370的次級(jí)差分輸入。因此，雙輸入差分放大器370被連接在次級(jí)輸入的一個(gè)單位增益構(gòu)造上，盡管基本輸入被接地。雙輸入差分放大器370運(yùn)行作為一個(gè)高增益運(yùn)算放大器。在此階段上的任何偏移經(jīng)反饋開關(guān)356、358被反饋回并被存儲(chǔ)在偏移電容器360上。 在放大步驟期間，小1不是激活的，但小2是激活的。輸入開關(guān)362、364閉合，連接階段輸入VIN+、 VIN-到雙輸入差分放大器370的基本差分輸入。開關(guān)366、368斷開，反饋開關(guān)356、358閉合。VN+、VIN-的差分信號(hào)被放大以產(chǎn)生VOUT+、VOUT-。
雙輸入差分放大器370在放大步驟小2期間運(yùn)行作為一個(gè)高速低增益放大器，但在自動(dòng)調(diào)零步驟小l期間運(yùn)行作為一個(gè)單位增益運(yùn)算放大器。 圖5是ADC里一個(gè)比較和自動(dòng)調(diào)零階段的示意圖。圖5結(jié)構(gòu)在功能上等同于圖4，但有一些差別。例如，階段輸入VIN+、VIN-被直接施加到p-通道基本差分晶體管22、24的柵極，而不是通過(guò)輸入開關(guān)362、364。 p-通道基本差分晶體管22、24在放大步驟小2期間轉(zhuǎn)換電流源26的電流到V0UT+、 V0UT-。因此VIN+、 VIN-在小2期間被快速放大。
來(lái)自V0UT+、 VOUT-輸出的反饋在小1期間經(jīng)過(guò)反饋開關(guān)10、 12到達(dá)p-通道次級(jí)差分晶體管42、44，其在自動(dòng)調(diào)零步驟小1期間轉(zhuǎn)換電流源46的電流。閉合反饋開關(guān)IO、12使雙輸入差分放大器運(yùn)行作為一個(gè)單位增益放大器。 在單位增益構(gòu)造里，任何偏移通過(guò)反饋開關(guān)10、12被反饋回，并被存儲(chǔ)在偏移電容器40上，電容器40的端口被連接到p-通道次級(jí)差分晶體管42、44的柵極。
經(jīng)過(guò)p-通道基本差分晶體管22 、24和p-通道次級(jí)差分晶體管42 、44的電流被吸入通過(guò)電阻器36 、38和n-通道吸入晶體管32 、34，電阻器36 、38和n-通道吸入晶體管32、34被連接在V0UT+、 VOUT-和地面之間。利用一個(gè)可調(diào)整的偏壓電壓，可以驅(qū)動(dòng)n-通道吸入晶體管32、34的柵極。 在自動(dòng)調(diào)零步驟(M期間，開關(guān)52、54閉合，而開關(guān)56、58斷開。偏壓電壓VB是由電流源16產(chǎn)生，電流源16提供一個(gè)電流穿過(guò)電阻器14和n-通道偏壓晶體管18， n-通道偏壓晶體管18的柵極和漏極連接在一起作為偏壓電壓VB。被施加到n-通道吸入晶體管32、34的柵極的偏壓電壓使它們?cè)诰€性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行以提供一個(gè)高增益低電流，從而運(yùn)行速度更低。當(dāng)反饋開關(guān)10、12閉合時(shí)，雙輸入差分放大器在自動(dòng)調(diào)零步驟小l期間運(yùn)行作為一個(gè)單位增益運(yùn)算放大器。 在放大步驟小2期間，開關(guān)52、54斷開，但開關(guān)56、58閉合。開關(guān)56、58驅(qū)動(dòng)電源電壓VDD到n-通道吸入晶體管32、34的柵極，施加VDD到n-通道吸入晶體管32、34的柵極提供了最大的電流驅(qū)動(dòng)。高電流提供了更快的運(yùn)行速度，盡管增益是低的。因此，雙輸入差分放大器在放大步驟小2期間運(yùn)行作為高速低增益放大器。 當(dāng)吸入電流流經(jīng)它們到達(dá)n-通道吸入晶體管32、34時(shí)，電阻器36、38提供一個(gè)電壓降(voltage drop)。這個(gè)電壓降提高了 V0UT+、V0UT-的電壓電平，并能夠提供一個(gè)明確
10的增益。在一些實(shí)施例里，電阻器36、38可以被去除，或可以是寄生漏極電阻(parasiticdrain resistances)。 圖6是ADC里一個(gè)比較和自動(dòng)調(diào)零階段的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖6示意圖在功能上等同于圖4，除了一些差異之外。例如，階段輸入VIN+、 VIN-被直接施加到p-通道基本差分晶體管22、24的柵極，而不是通過(guò)輸入開關(guān)362、364。 p_通道基本差分晶體管22、24在放大步驟小2期間從電流源26轉(zhuǎn)換電流到V0UT+、V0UT-。因此，VIN+、VIN-在小2期間被快速放大。 來(lái)自VOUT+、 VOUT-輸出的反饋在小1期間經(jīng)過(guò)反饋開關(guān)10、 12到p-通道次級(jí)差
分晶體管42、44的柵極，次級(jí)差分晶體管42、44在自動(dòng)調(diào)零步驟小1期間轉(zhuǎn)換電流源46的
電流。閉合反饋開關(guān)10、12使雙輸入差分放大器運(yùn)行作為一個(gè)單位增益放大器。 在單位增益構(gòu)造里，任何偏移通過(guò)反饋開關(guān)10、12被反饋回并被存儲(chǔ)在偏移電容
器40上，偏移電容器40的端口被連接到p-通道次級(jí)差分晶體管42、44的柵極。 穿過(guò)p-通道基本差分晶體管22 、24和p-通道次級(jí)差分晶體管42 、44的電流被吸
入穿過(guò)n-通道吸入晶體管32、34，n-通道吸入晶體管32 、34被連接在VOUT+、VOUT_和地面
之間。利用一個(gè)可調(diào)整的偏壓電壓，可驅(qū)動(dòng)n-通道吸入晶體管32、34的柵極。 在自動(dòng)調(diào)零步驟小1期間，開關(guān)52、54閉合，而開關(guān)56、58斷開。 一個(gè)偏壓電壓VB
由電流源16產(chǎn)生，電流源16提供一個(gè)電流穿過(guò)電阻器14和n-通道偏壓晶體管18， n-通
道偏壓晶體管18的柵極和漏極被連接在一起作為偏壓電壓VB。被施加到n-通道吸入晶體
管32、34的偏壓電壓使它們?cè)诰€性區(qū)域內(nèi)運(yùn)作以提供一個(gè)高增益低電流，從而運(yùn)行速度更
低。當(dāng)反饋開關(guān)10、12閉合時(shí)，雙輸入差分放大器在自動(dòng)調(diào)零步驟小l期間運(yùn)行作為一個(gè)
單位增益運(yùn)算放大器。 在放大步驟小2期間，開關(guān)52、54斷開，但開關(guān)56、58閉合。p-通道基本差分晶體管22、24的柵極和漏極被開關(guān)56、58短路在一起，使n-通道吸入晶體管32、34運(yùn)行作為一個(gè)具有l(wèi)/gm阻抗的電阻器。高電流提供了更快的運(yùn)行速度，盡管增益較低。因此，雙輸入差分放大器在放大步驟小2期間運(yùn)行作為一個(gè)高速低增益的放大器。 圖7是一個(gè)最終鎖存器的示意圖。 一個(gè)ADC可以有幾個(gè)階段，如圖6級(jí)聯(lián)在一起的8個(gè)階段，以及一個(gè)最終鎖存器階段，其驅(qū)動(dòng)比較輸出回到圖1的SAR 302。不是圖1所示的采樣保持輸入模擬電壓，比較輸入模擬電壓和DAC電壓VA的結(jié)果被存儲(chǔ)在最終鎖存器里。 在最終鎖存器里，最后階段的輸出，V0UT+、 V0UT-，被施加到p-通道差分鎖存器晶體管64、62的柵極，p-通道差分鎖存器晶體管64、62轉(zhuǎn)換來(lái)自p-通道電流源晶體管60的電流，P-通道電流源晶體管60在其柵極上接收一個(gè)偏壓電壓VBIASP。由p-通道差分鎖存器晶體管62、64轉(zhuǎn)換的電流來(lái)回切換雙穩(wěn)態(tài)吸入，其有n-通道鎖存器晶體管66、68，它們的柵極被交叉耦合到其漏極。 在n-通道鎖存器晶體管66、68上的鎖存值是其漏極的輸出。n_通道鎖存器晶體管66的漏極和n-通道鎖存器晶體管68的柵極被連接到n-通道晶體管72、74的柵極和n-通道晶體管74的漏極。晶體管70、72的漏極連接在一起，p-通道晶體管70的柵極和漏極被連接在一起，并被連接到P-通道晶體管80的柵極以傳導(dǎo)輸出電流到被鎖存的輸出V0UT， V0UT可以是被反饋回到圖1SAR 302的比較輸出。
n-通道鎖存器晶體管68的漏極和n-通道鎖存器晶體管66的柵極被連接到n-通道晶體管76、78的柵極和n-通道晶體管76的漏極。晶體管80、78的漏極被連接在一起作為被鎖存的比較輸出V0UT。 在自動(dòng)調(diào)零步驟小1期間，來(lái)自最后階段的V0UT+、 VOUT-通過(guò)單位增益構(gòu)造被驅(qū)動(dòng)到一個(gè)中間點(diǎn)電壓。由于V0UT+、 VOUT-在自動(dòng)調(diào)零期間被驅(qū)動(dòng)到相同電壓，在放大周期小2期間鎖存器準(zhǔn)備好將被觸發(fā)到一個(gè)狀態(tài)或另一個(gè)狀態(tài)。 —個(gè)0. 35um的仿真過(guò)程顯示當(dāng)沒(méi)有偏移時(shí)8_階段比較器可以在230ns內(nèi)轉(zhuǎn)換一個(gè)+/-30uV輸入。當(dāng)有一個(gè)偏移2mV被增加到每個(gè)階段時(shí)，8-階段比較器可以在一個(gè)280ns延遲內(nèi)轉(zhuǎn)換一個(gè)+/_301^輸入。其它實(shí)施例 發(fā)明人還有一些其它實(shí)施例。例如，一個(gè)雙極結(jié)型晶體管(BJT)或二極管可以替
代晶體管32、34。在SAR 302里寄存器值上的比特?cái)?shù)目可以被調(diào)整以獲得期望的精確度。
例如，當(dāng)N是16比特而VREF是2伏特，LSB表示30微伏特，其是ADC的精度。對(duì)不同的精
確度，可以替換不同數(shù)目的比特，并且比特?cái)?shù)目可以是固定的或可變的。 除了使用p-通道差分晶體管，電路可以被反相或反向，可以替換n-通道差分晶體
管，以及其它p-通道晶體管可以調(diào)換為n-通道晶體管，供電的線路反向，等等?？梢匀缙?br> 望般地調(diào)換反相和非反相輸入來(lái)轉(zhuǎn)換，但不會(huì)改變整體功能，從而可以被看作是等同物。 電阻值的選擇和其它電阻器可以有不同形式的變化?？梢栽黾与娙萜骱推渌鼮V波
元件。開關(guān)可以是n-通道晶體管.p-通道晶體管、或具有平行n-通道和p-通道晶體管的
傳輸門。 在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上可以添加額外的元件，如電阻器、電容器、電感器、晶體管等，也可以出現(xiàn)寄生元件。激活和去能電路可以利用額外的晶體管或以其它方式實(shí)現(xiàn)?？梢蕴砑觽鬏旈T晶體管或傳輸門用于隔離。 可以增加反相或額外緩沖。在進(jìn)行電路仿真和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之后，可以選擇晶體管和電容器的最終尺寸。金屬掩膜選項(xiàng)或其它可編程部件可以被用來(lái)選擇最終的電容器、電阻器或晶體管尺寸。 盡管已經(jīng)描述可與單個(gè)模擬電壓進(jìn)行比較，也可以比較一個(gè)差分模擬電壓。差分輸入電壓可以被鎖存，然后將被鎖存的單端電壓與DAC電壓進(jìn)行比較。在輸入上使用一個(gè)具有設(shè)定增益的差分放大器，也可以比較差分模擬電壓。盡管已經(jīng)描述了一個(gè)運(yùn)算放大器(op amp)，也可以使用其它類型的比較器，如非放大比較緩沖器。 雖然已經(jīng)描述了正向電流，但電流可以是負(fù)的或正的，如在一些情況下電子和空穴都可以考慮為載流子。當(dāng)參照相反極性的載流子時(shí)，源電流和吸入電流是可以互換的術(shù)語(yǔ)。電流可以相反方向流動(dòng)。 除有均衡開關(guān)366之外，兩個(gè)接地開關(guān)(圖4的368和在370的+輸入上的第二接地開關(guān))可以被用于到雙輸入差分放大器370的基本輸入對(duì)的真補(bǔ)(true andcomplement)輸入線上。除了接地，開關(guān)可以連接到另一個(gè)固定電壓，如VDD或VDD/2。
電流源26、46可以是p-通道晶體管，其柵極連接到一個(gè)固定偏壓電壓的。固定偏壓電壓可以被切換到VDD，以將雙輸入差分放大器下電(power down)。
電路設(shè)計(jì)者可以選擇電阻器、電容器、晶體管和其它部件以便有一個(gè)產(chǎn)生期望基準(zhǔn)電壓的比率。盡管已經(jīng)描述了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0S)，其它晶體管技術(shù)和變體也可以用來(lái)替換，也可以使用除硅之外的材料，如砷化鎵(GaAs)和其它變體。 本發(fā)明的背景部分可以包含有關(guān)本發(fā)明問(wèn)題或環(huán)境的背景信息，而不僅僅是描述
的現(xiàn)有技術(shù)。因此，在背景部分里包括的材料不僅僅是申請(qǐng)者所陳述的。 在此所述的任何方法或過(guò)程是機(jī)器實(shí)施的或計(jì)算機(jī)實(shí)施的，是意在通過(guò)機(jī)器、計(jì)
算機(jī)或其它裝置進(jìn)行，并不是意在不需要這些機(jī)器協(xié)助的僅靠人力來(lái)進(jìn)行。產(chǎn)生的有形結(jié)
果可以包括報(bào)告或其它機(jī)器產(chǎn)生的展示，顯示在顯示器裝置如計(jì)算機(jī)監(jiān)控器、投影儀裝置、
音頻產(chǎn)生裝置和有關(guān)媒體裝置上，并可以包括也可是機(jī)器產(chǎn)生的硬拷貝打印輸出。其它機(jī)
器的計(jì)算機(jī)控制是另一個(gè)有形結(jié)果。 描述的任何優(yōu)勢(shì)和好處可能不適用于本發(fā)明的所有實(shí)施例。在"裝置"之前通常有 一個(gè)或多個(gè)詞語(yǔ)。在"裝置"之前的詞語(yǔ)是一個(gè)容易引述權(quán)利要素的標(biāo)記，而不是意在傳送 一個(gè)結(jié)構(gòu)限制。這種裝置加功能的權(quán)利要求不僅覆蓋在此所述的結(jié)構(gòu)用來(lái)執(zhí)行功能及其結(jié) 構(gòu)等價(jià)物，還有等價(jià)結(jié)構(gòu)。例如，盡管釘子和螺絲有不同的結(jié)構(gòu)，但它們是等同的結(jié)構(gòu)，因?yàn)?它們都執(zhí)行固定功能。信號(hào)通常是電信號(hào)，但也可能是光信號(hào)，如可以附載在纖維光纖上。
為便于描述和說(shuō)明，前面已經(jīng)描述了本發(fā)明的實(shí)施例。但不是意在排他性的或?qū)?本發(fā)明限制在此披露的格式內(nèi)。按照以上的教義，可以進(jìn)行許多修改和變化。本發(fā)明的范 圍并不受此詳述限制，而是受限于所附的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，包括一個(gè)模擬輸入，其有一個(gè)模擬輸入電壓；一個(gè)逐次逼近寄存器(SAR)，其有一個(gè)數(shù)字值，被逐次調(diào)整而收斂到更逼近該模擬輸入電壓；一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其接收一個(gè)基準(zhǔn)電壓和SAR的數(shù)字值，用于產(chǎn)生一個(gè)由該數(shù)字值表示的轉(zhuǎn)換的模擬電壓。一系列階段，包括第一階段和最后階段，第一階段接收轉(zhuǎn)換的模擬電壓和模擬輸入電壓作為階段輸入，最后階段輸出比較結(jié)果作為階段輸出，其中在系列階段里，每個(gè)中間階段的階段輸入是連接到前一個(gè)階段的階段輸出，每個(gè)中間階段的階段輸出是連接到后一個(gè)階段的階段輸入；一個(gè)最終鎖存器，其被連接以接收最后階段的比較結(jié)果，用于鎖存該比較結(jié)果以便傳輸?shù)絊AR；其中SAR基于最后鎖存器的比較結(jié)果調(diào)整數(shù)字值；其中在系列階段里的每個(gè)階段，包括一個(gè)雙輸入差分放大器，其有第一對(duì)差分輸入和第二對(duì)差分輸入以及一對(duì)差分輸出，其中第一對(duì)差分輸入之間的第一電壓差被放大，且第二對(duì)差分輸入之間的第二電壓差被放大，并被合并以產(chǎn)生差分輸出對(duì)；其中差分輸出對(duì)是階段輸出；一個(gè)偏移存儲(chǔ)電容器，其被連接在第二對(duì)差分輸入之間；一對(duì)反饋開關(guān)，其被連接在差分輸出對(duì)和第二對(duì)差分輸入之間，并在自動(dòng)調(diào)零步驟期間閉合；和一對(duì)輸入開關(guān)，其被連接在階段輸入和第一對(duì)差分輸入之間，并在放大步驟期間閉合；由此，偏移被存儲(chǔ)在偏移存儲(chǔ)電容器上，通過(guò)使用具有兩對(duì)差分輸入的雙輸入差分放大器，偏移存儲(chǔ)電容器與階段輸入隔離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ADC，其中在階段系列里的每個(gè)階段還包括 一個(gè)均衡開關(guān)，其被連接在雙輸入差分放大器的第一對(duì)差分輸入之間，并在自動(dòng)調(diào)零步驟期間閉合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的ADC，其中在階段系列里的每個(gè)階段還包括 一個(gè)接地開關(guān)，其被連接在雙輸入差分放大器的第一對(duì)差分輸入的一個(gè)反相輸入之間，并在自動(dòng)調(diào)零步驟期間閉合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ADC，還包括一個(gè)在雙輸入差分放大器上可調(diào)整的電流，其中可調(diào)整電流在放大步驟期間被調(diào)整到 一個(gè)較高的電流，并在自動(dòng)調(diào)零步驟期間被調(diào)整到一個(gè)較低的電流； 由此在雙輸入差分放大器里的電流在步驟期間被調(diào)整。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的ADC，其中雙輸入差分放大器還包括 第一電流源；一個(gè)非反向第一差分晶體管，其柵極被連接到在第一對(duì)差分輸入里的第一非反相輸 入，其漏極被連接到差分輸出對(duì)里的一個(gè)反相輸出，其源極被連接到第一電流源；一個(gè)反向第一差分晶體管，其柵極被連接到第一對(duì)差分輸入里的第一反相輸入，其漏 極被連接到差分輸出對(duì)里的一個(gè)非反相輸出，其源極被連接到第一 電流源； 第二電流源；一個(gè)非反向第二差分晶體管，其柵極經(jīng)過(guò)反饋開關(guān)對(duì)中的第一反饋開關(guān)被連接到差分 輸出對(duì)里的非反相輸出；其漏極被連接到差分輸出對(duì)里的非反相輸出，其源極被連接到第 二電流源；禾口一個(gè)反向第二差分晶體管，其柵極經(jīng)過(guò)反饋開關(guān)對(duì)中的第二反饋開關(guān)被連接到差分輸 出對(duì)里的反相輸出；其漏極被連接到差分輸出對(duì)里的反相輸出，其源極被連接到第二電流 源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的ADC，其中雙輸入差分放大器還包括一個(gè)反向電流吸入晶體管，其漏極被連接到差分輸出對(duì)里的反相輸入，其源極被連接 到地面，其柵極被連接到第一吸入柵節(jié)點(diǎn)；一個(gè)非反向電流吸入晶體管，其漏極被連接到差分輸出對(duì)里的非反相輸入的，其源極 被連接到地面，其柵極被連接到第二吸入柵節(jié)點(diǎn)；第一偏壓開關(guān)，用于在自動(dòng)調(diào)零步驟期間施加一個(gè)偏壓電壓到第一吸入柵節(jié)點(diǎn)；禾口第二偏壓開關(guān)，用于在自動(dòng)調(diào)零步驟期間施加該偏壓電壓到第二吸入柵節(jié)點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ADC，其中雙輸入差分放大器還包括 第一短路開關(guān)，用于在放大步驟期間連接第一吸入柵節(jié)點(diǎn)到反相輸出； 第二短路開關(guān)，用于在放大步驟期間連接第二吸入柵節(jié)點(diǎn)到非反相輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的ADC，其中雙輸入差分放大器還包括第一放大偏壓開關(guān)，用于在放大步驟期間連接第一吸入柵節(jié)點(diǎn)到一個(gè)放大偏壓電壓； 第二放大偏壓開關(guān)，用于在放大步驟期間連接第二吸入柵節(jié)點(diǎn)到該放大偏壓電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的ADC，其中放大偏壓電壓是一個(gè)電源電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的ADC，其中雙輸入差分放大器還包括 第一電阻器，其被連接在反向電流吸入晶體管的漏極和差分輸出對(duì)的反相輸出之間； 第二電阻器，其被連接在非反向電流吸入晶體管的漏極和差分輸出對(duì)的非反相輸出之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的ADC，其中非反向第一差分晶體管、反向第一差分晶體管、非 反向第二差分晶體管、和反向第二差分晶體管是P-通道晶體管。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的ADC，其中非反向電流吸入晶體管和反向電流吸入晶體管 是n-通道晶體管。
13. —個(gè)雙輸入差分放大器，包括 第一電流源裝置，用于產(chǎn)生第一電流；第一基本差分晶體管裝置，其柵極接收一個(gè)非反相輸入，用于傳導(dǎo)一部分第一電流到 一個(gè)反相輸出；第二基本差分晶體管裝置，其柵極接收一個(gè)反相輸入，用于傳導(dǎo)一部分第一電流到一 個(gè)非反相輸出；第二電流源裝置，用于產(chǎn)生第二電流；第一次級(jí)差分晶體管裝置，其柵極接收一個(gè)非反相反饋輸入，用于傳導(dǎo)一部分第二電流到反相輸出；第二次級(jí)差分晶體管裝置，其柵極接收一個(gè)反相反饋輸入，用于傳導(dǎo)一部分第二電流 到非反相輸出；反向電流吸入晶體管裝置，用于傳導(dǎo)來(lái)自反相輸出的第一吸入電流以響應(yīng)第一吸入柵 極；和非反向電流吸入晶體管裝置，用于傳導(dǎo)來(lái)自非反相輸出的第二吸入電流以響應(yīng)第二吸 入柵極。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的雙輸入差分放大器，還包括第一反饋開關(guān)裝置，用于連接非反相反饋輸入到非反相輸出以響應(yīng)第一時(shí)鐘；第二反饋開關(guān)裝置，用于連接反相反饋輸入到反相輸出以響應(yīng)第一時(shí)鐘；電容器裝置，用于存儲(chǔ)反相反饋輸入和非反相反饋輸入之間的一個(gè)偏移電荷。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的雙輸入差分放大器，其中第一基本差分晶體管裝置、第二 基本差分晶體管裝置、第一次級(jí)差分晶體管裝置、和第二次級(jí)差分晶體管裝置包括P-通道 晶體管；其中反向電流吸入晶體管裝置和非反向電流吸入晶體管裝置包括n-通道晶體管。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的雙輸入差分放大器，還包括第一可變偏壓裝置，用于當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘激活時(shí)施加第一偏壓電壓到第一吸入柵極，當(dāng)?shù)?二時(shí)鐘激活時(shí)施加第二偏壓電壓到第一吸入柵極；第二可變偏壓裝置，用于當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘激活時(shí)施加第一偏壓電壓到第二吸入柵極，當(dāng)?shù)?二時(shí)鐘激活時(shí)施加第二偏壓電壓到第二吸入柵極。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的雙輸入差分放大器，還包括第一電阻器裝置，串聯(lián)在反向電流吸入晶體管裝置和反相輸出之間，用于傳導(dǎo)第一吸 入電流以提高增益；第二電阻器裝置，串聯(lián)在非反向電流吸入晶體管裝置和非反相輸出之間，用于傳導(dǎo)第 二吸入電流以提高增益。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的雙輸入差分放大器，還包括第一電源開關(guān)裝置，用于施加一個(gè)電源電壓到第一吸入柵極以響應(yīng)第二時(shí)鐘； 第二電源開關(guān)裝置，用于施加一個(gè)電源電壓到第二吸入柵極以響應(yīng)第二時(shí)鐘。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的雙輸入差分放大器，還包括 其中第一可變偏壓裝置包括第一偏壓開關(guān)裝置，用于施加第一偏壓電壓到第一吸入柵極以響應(yīng)第一時(shí)鐘； 第二偏壓開關(guān)裝置，用于施加第二偏壓電壓到第二吸入柵極以響應(yīng)第二時(shí)鐘； 第一短路開關(guān)裝置，用于短接反相輸出到第一吸入柵極以響應(yīng)第二時(shí)鐘；禾口 第二短路開關(guān)裝置，用于短接反相輸出到第二吸入柵極以響應(yīng)第二時(shí)鐘。
20. —個(gè)逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SARADC)，包括 一個(gè)模擬輸入，其有一個(gè)模擬輸入電壓；一個(gè)逐次逼近寄存器(SAR)，其有一個(gè)數(shù)字值，其被逐次調(diào)整以收斂到更逼近該模擬輸 入電壓；一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其接收一個(gè)基準(zhǔn)電壓和SAR的數(shù)字值，DAC產(chǎn)生一個(gè)由數(shù)字值表示的轉(zhuǎn)換的模擬電壓；一系列階段，包括第一階段和最后階段，第一階段接收轉(zhuǎn)換的模擬電壓和模擬輸入電 壓作為階段輸入，最后階段輸出比較結(jié)果作為階段輸出，其中在階段系列里的每個(gè)中間階 段的階段輸入連接到前一個(gè)階段的階段輸出，每個(gè)中間階段的階段輸出連接到后一個(gè)階段 的階段輸入；其中階段輸出包括一個(gè)反相輸出和一個(gè)非反相輸出； 其中SAR基于比較結(jié)果調(diào)整數(shù)字值；其中在階段系列里的每個(gè)階段，包括第一輸入開關(guān)，其連接在階段輸入里的第一階段輸入到一個(gè)反相輸入以響應(yīng)第二時(shí)鐘；第二輸入開關(guān)，連接在階段輸入里的第二階段輸入到一個(gè)非反相輸入以響應(yīng)第二時(shí)鐘；第一電流源，產(chǎn)生第一電流；第一基本差分晶體管，其柵極接收非反相輸入，其傳導(dǎo)一部分第一電流到反相輸出； 第二基本差分晶體管，其柵極接收一個(gè)反相輸入，其傳導(dǎo)一部分第一電流到非反相輸出；第二電流源，其產(chǎn)生第二電流；第一次級(jí)差分晶體管，其柵極接收一個(gè)非反相反饋輸入，其傳導(dǎo)一部分第二電流到反 相輸出；第二次級(jí)差分晶體管，其柵極接收一個(gè)反相反饋輸入，其傳導(dǎo)一部分第二電流到非反 相輸出；一個(gè)反向電流吸入晶體管，其傳導(dǎo)來(lái)自反相輸出的第一吸入電流以響應(yīng)第一吸入柵極；一個(gè)非反向電流吸入晶體管，其傳導(dǎo)來(lái)自非反相輸出的第二吸入電流以響應(yīng)第二吸入 柵極；第一反饋開關(guān)，其連接非反相反饋輸入到非反相輸出以響應(yīng)第一時(shí)鐘； 第二反饋開關(guān)，其連接反相反饋輸入到反相輸出以響應(yīng)第一時(shí)鐘；禾口 一個(gè)偏移電容器，其存儲(chǔ)反相反饋輸入和非反相反饋輸入之間的一個(gè)偏移電荷。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SARADC)，其中第一基本差分 晶體管、第二基本差分晶體管、第一次級(jí)差分晶體管、和第二次級(jí)差分晶體管包括。_通道 晶體管；其中反向電流吸入晶體管和非反向電流吸入晶體管包括n-通道晶體管。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SARADC)，其中第一輸入開 關(guān)、第二輸入開關(guān)、第一反饋開關(guān)、和第二反饋開關(guān)是P-通道晶體管、或n-通道晶體管、或 具有平行P-通道晶體管和n-通道晶體管的傳輸門。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器(SARADC)，還包括 第一可變偏壓，用于當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘激活時(shí)施加第一偏壓電壓到第一吸入柵極，而當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘激活時(shí)施加第二偏壓電壓到第一吸入柵極；第二可變偏壓，用于當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘激活時(shí)施加第一偏壓電壓到第二吸入柵極，而當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘激活時(shí)施加第二偏壓電壓到第二吸入柵極c
全文摘要
一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)有一個(gè)逐次逼近寄存器(SAR)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，其通過(guò)一系列階段產(chǎn)生一個(gè)模擬電壓，與一個(gè)輸入電壓進(jìn)行比較。最后階段饋給一個(gè)比較信號(hào)到SAR。每個(gè)階段有一個(gè)雙輸入差分放大器，其在自動(dòng)調(diào)零步驟運(yùn)行作為一個(gè)單位增益運(yùn)算放大器，但在放大步驟期間運(yùn)行作為一個(gè)高速低增益放大器。雙輸入差分放大器有兩對(duì)差分輸入。次級(jí)對(duì)之間有一個(gè)偏移存儲(chǔ)電容器，在自動(dòng)調(diào)零期間通過(guò)反饋開關(guān)連接到輸出對(duì)?；緦?duì)在放大步驟期間通過(guò)輸入開關(guān)連接到階段輸入。由于雙輸入差分放大器有兩對(duì)差分輸入，偏移電容器完全與輸入對(duì)隔離。雙輸入差分放大器上的電流吸入在放大周期期間可被調(diào)整到較高。
文檔編號(hào)H03M1/38GK101764612SQ20091017324
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者溫皓明, 王一濤, 鄺國(guó)權(quán), 陳桂枝 申請(qǐng)人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司